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全套二手5噸三效四體升膜式不銹鋼蒸發(fā)器    

升膜蒸發(fā)器的工作原理

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升膜蒸發(fā)器的加熱室由單根或多根垂直管組成，加熱管長徑之比為100～150，管徑在25～50mm之間。原料液經(jīng)預(yù)熱達(dá)到沸點(diǎn)或接近沸點(diǎn)后，由加熱室底部引入管內(nèi)，為高速上升的二次蒸汽帶動，沿壁面邊呈膜狀流動、邊進(jìn)行蒸發(fā)，在加熱室頂部可達(dá)到所需的濃度，完成液由分離器底部排出。二次蒸汽在加熱管內(nèi)的速度不應(yīng)小于 10m/s，一般為20～50m/s，減壓下可高達(dá)100～160m/s或更高。

圖1 升膜蒸發(fā)器

若將常溫下的液體直接引入加熱室，則在加熱室底部必有一部分受熱面用來加熱溶液使其達(dá)到沸點(diǎn)后才能汽化，溶液在這部分壁面上不能呈膜狀流動，而在各種流動狀態(tài)中，又以膜狀流動效果1好，故溶液應(yīng)預(yù)熱到沸點(diǎn)或接近沸點(diǎn)后再引入蒸發(fā)器。[2] 

升膜蒸發(fā)器的設(shè)計

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升膜蒸發(fā)器和罐式蒸發(fā)器的比較

煉油廠的丙烷脫瀝青等裝置，過去曾用罐式蒸發(fā)器回收溶劑。究竟采用罐式蒸發(fā)器還是采用升膜蒸發(fā)器，可以進(jìn)行以下分析。

有人曾對升膜蒸發(fā)器進(jìn)行了試驗，并與一般的浸沒沸騰進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)如圖2所示的結(jié)果。

在圖2上，A1B1C1D1和A2B2C2D2、A3B3C3D3是流量不同的升膜蒸發(fā)傳熱系數(shù)曲線。由圖2可以看出，B1B2C1B3C2C3和一般的核沸騰傳熱曲線*重合。在溫差較小的AB范圍內(nèi)，升膜蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)高于一般的核沸騰傳熱系數(shù)，且隨進(jìn)料量的增加而增加，如A1B1、A2B2、A3B3所示。此時的傳熱系數(shù)隨溫差的變化不太劇烈，約和溫差的0.53次方成正比。當(dāng)溫差逐漸增大到BC范圍時，傳熱系數(shù)就和一般的核沸騰傳熱曲線*重合。此時傳熱系數(shù)和流量無關(guān)，而僅隨溫差的增加而增加，約和溫差的2.2次方成正比。同時流量越大，和核沸騰傳熱曲線重合時的溫差也就越大。當(dāng)溫差進(jìn)一步增加到CD范圍時，由于管壁開始被一層汽膜包圍，傳熱系數(shù)迅速下降。

圖2

由圖2可以得到以下結(jié)論：

（1）在BC線左面的AB范圍內(nèi)，升膜蒸發(fā)的傳熱系數(shù)高于沸騰傳熱系數(shù)，此時升膜蒸發(fā)器優(yōu)于罐式蒸發(fā)器。

（2）在BC線上，升膜蒸發(fā)和核沸騰的傳熱系數(shù)是相同的。升膜蒸發(fā)采用的固定管板式熱交換器的金屬耗量比罐式蒸發(fā)器要小得多，但罐式蒸發(fā)器有汽液分離空間，因此要和汽液分離設(shè)備一起綜合加以比較。例如丙烷脫瀝青裝置在過去的工藝流程中，采用罐式蒸發(fā)器后，還需要有蒸發(fā)塔進(jìn)行汽液分離。同時，高壓下的罐式蒸發(fā)器金屬耗量很大。在這種情況下，對于同樣采用蒸汽作為熱源的丙烷脫瀝青裝置，用升膜蒸發(fā)器代替罐式蒸發(fā)器是有利的。

對于其它情況，則應(yīng)進(jìn)行具體分析，以決定蒸發(fā)器的選型。 [3] 

傳熱系數(shù)

在BC線上，升膜蒸發(fā)的傳熱系數(shù)和一般核沸騰傳熱系數(shù)關(guān)系式是相同的。

在AB范圍內(nèi)，升膜蒸發(fā)傳熱系數(shù)的關(guān)系式如下：

式中 ：

h——升膜蒸發(fā)器管內(nèi)平均膜傳熱系數(shù)，千卡/米2·時·℃；

di——加熱管內(nèi)徑，米；

λ——流體的導(dǎo)熱系數(shù)，為平均沸點(diǎn)下的數(shù)值，千卡/米·時·℃；

Pr——普蘭特準(zhǔn)數(shù)，為平均沸點(diǎn)下的數(shù)值；

ReL——液相雷諾數(shù)，以入口的液相流量為基準(zhǔn)計算；

Rev——汽相雷諾數(shù)，以出口的汽相流量為基準(zhǔn)計算；

ρL/ρV——管內(nèi)平均沸點(diǎn)下的液相重度與汽相重度之比；

μV/μL——管內(nèi)平均沸點(diǎn)下的汽相粘度與液相粘度之比。

上式為經(jīng)驗公式，只適用于環(huán)狀流動，即成膜流動，其誤差為±20%。另外該式用于泡點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)料，如果由于進(jìn)料狀態(tài)不到泡點(diǎn)而使蒸發(fā)器內(nèi)有顯熱段存在，則應(yīng)將蒸發(fā)段和顯熱段分別計算。 [3] 

操作條件的選擇和管內(nèi)流動狀態(tài)的判斷

升膜蒸發(fā)器中，隨汽速的增加，有各種可能的流動狀態(tài)，如圖3所示。

圖3

在上述各種流動狀態(tài)中，以環(huán)狀流（即膜狀流動）的傳熱系數(shù)1大。為了避免顯熱段的出現(xiàn)，使環(huán)狀流占管長的比例盡量大，流體應(yīng)當(dāng)預(yù)熱到接近泡點(diǎn)的狀態(tài)下進(jìn)入蒸發(fā)器，同時對管內(nèi)汽速應(yīng)有一定的要求。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)指出，升膜蒸發(fā)器出口的合理汽速和操作壓力有密切的關(guān)系。常壓蒸發(fā)器比較適宜的出口汽速為30米/秒左右，1低不應(yīng)小于10米/秒。在50毫米汞柱壓力下適宜的出口汽速為100~160米/秒，對丙烷脫瀝青等高壓下操作的升膜蒸發(fā)器，出口汽速則應(yīng)低一些。可由圖4判斷升膜蒸發(fā)器管內(nèi)的流動狀態(tài)。

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